城市污水处理厂处理低浓度磷的工艺选择

1、城市污水处理厂处理低浓度磷的工艺选择1储冬曙郑筱黑陶明清(江苏中天环境工程有限公司江苏镇江电力路59号四楼 212003 0511*摘要:本文简要介绍了各种城市污水除磷技术,着重综述了目前国外污水处理厂正在运行的出水磷浓度低于0.1mg/L的污水除磷技术及投资和运行成本。其中主要技术是生物脱氮除磷+絮凝沉淀+沙滤技术组成的工艺,该工艺所采用的主要技术在国内也有很好的建设和运行经验,而且投资和运行成本仅比我国正在运行的生物脱氮除磷工艺增加20%,在经济上完全能够承受。关键词:除磷,富营养化,生物除磷,化学除磷,过滤Low cost wastewater treatment process for

2、 low concentration phosphorus removalChu dongshu Zhengxiaohei Taomingqing(Jiangsu sino-environment engineering Co.,LTD. Zhenjiang 212003Abstracts: The successful stories for restoration of lake in USA tell us that it is a necessary to remove micro phosphorus in wastewater for some lake. Here we revi

3、ew technology, capital and cost of main processes for removal micro phosphorus in wastewater in USA. The main process is AAO + chemicals addition + clarifier + sand filter. They are all used in China for many years. As the capital and cost for the process is 15-20% more than AAO process, it is possi

4、ble in China to build and operate the process for removal of micro phosphorus in wastewater in China.Keywords: phosphorus removal, eutrophication, biological nutrient removal, chemical phosphorus removal, filter1.引言防止淡水湖泊水华发生的主要措施是控制水中磷的浓度1,使其低于富营养化危险浓度。通常需要将水中磷的浓度降低到0.01-0.02mg/L以下2。经过二级处理的城市废水含磷量高

5、达0.5 -1.0mg/L,常常成为人口密集地区湖泊中磷的主要来源。例如,德国全面调研结果表明,水生生态系统中的60%磷来自城市污水处理厂出水3。美国也有类似的发展趋势4。因此,在发达国家,很多污水处理厂采用三级处理,使出水总磷浓度<0.01-0.1mg/L,例如,美国Spokane河流域要求污水处理厂出水总磷浓度低于0.01mg/L5, Onondaga湖流域要求污水处理厂出水总磷浓度低于0.02mg/L6。在很多流域治理规划中,美国政府常要求城市污水处理厂在生物脱氮除磷工艺技术基础上增加三级处理,以除去微量营养盐7。我国很多湖泊,处于人口密集和经济发达城市附近,城市污水经处理达标排放

6、,其所含的污染物和营养盐浓度仍然过大,带来的营养盐常常使湖泊水中营养盐超过富营养化标准。例如,每年排入滇池的城市污水量为3.4亿方,而滇池的年进水总量为6.65亿方8,当城市污水经处理后,含磷平均浓度为0.5mg/L,则给滇池的总磷平衡浓度贡献值将达到0.256mg/L。因此,必须制定更加严格的污水处理要求和出水含磷标准,才能达到湖泊富营养1作者简介:储冬曙,工程师,主要从事给排水工作化治理的目的。了解国外发达国家目前在城市污水处理工程中,所采用的除去污水中低浓度磷的技术,对于我国的污水处理事业和湖泊富营养化治理,是非常重要的。2.城市污水除磷技术除磷技术是上个世纪五十年代发展起来的,目前的主

7、要除磷技术见表19。最早发展了化学除磷技术,目前还在广泛使用。化学沉淀技术是利用金属盐与溶解性磷酸根形成沉淀除去水中磷。使用非常灵活,可用于一级处理,二级处理,三级处理和侧流生物除磷。生物除磷技术是1960s开始发展的,目前已成为污水处理厂除磷系统重要组成部分。其工作原理是使活性污泥系统中微生物在厌氧好氧交替环境下生长,筛选出以聚磷菌为主的污泥,利用聚磷菌类微生物超量吸收磷的特性,通过泥水分离,使磷随活性污泥排出。生物除磷出水中溶解性磷通常大于0.02mg/L,同时,难以沉淀的活性污泥含磷量较高,难以保证生物除磷稳定达到0.5mg/L水平。但是,由于生物除磷不需要添加任何药剂,处理费用很低,是

8、污水除磷处理首选工艺。过滤技术广泛应用在给水处理,后来,又引入到污水深度处理和回用方面,目前,已成为美国城市污水处理厂低浓度磷除去工艺的主要组成部分。过滤包括沙滤,膜过滤等,沙滤通常是利用砂或煤渣等做介质,过滤含有微量细小颗粒的水处理技术,通过过滤,降低水中微量颗粒含量,从而降低水中磷。膜过滤使用各种不同孔径的膜,分离水和固体颗粒。结晶法是利用晶种,通常用沙子,在晶种表面快速形成大颗粒磷酸钙晶体的方法,目前在荷兰已建立了数个工程10。离子交换法利用阴阳离子交换树脂除去磷酸根和铵离子,然后与氯化镁形成磷酸铵镁沉淀11。磁吸附是在磁性材料表面形成磷酸钙沉淀,然后在磁场中分离磁性材料和磷酸钙12,

9、13。还试验过其他吸附材料,主要包括氧化铝,白云石和红泥,它们的可行性还需要进一步研究。这些方法中大多数仅经过实验室研究,没有经过工程检验,投资和运行成本等还需要进一步实践。根据van Starkenburg 研究结果,结晶法的建设、运行和维护费用是化学沉淀法的二倍以上14。磁吸附法的费用也类似。表1城市污水处理厂常用除磷工艺 3.低浓度磷除去原理与工艺美国环保局公布了城市污水处理厂低浓度磷除去工艺实际运行效果的调研15,如表2所示,主要工艺技术是污水生物除磷与加药絮凝过滤技术组合在一起的工艺,其中过滤包括沙滤,膜过滤和微孔过滤。达到很低浓度总磷的砂滤技术常包括两级过滤,第一级采用较大颗粒沙粒

10、,除去水中固体颗粒,提高悬浮固体处理能力,第二级主要除去细小固体颗粒,提高过滤效果。主要絮凝化学药剂包括铁盐,铝盐和石灰及少量高分子絮凝剂。污水生物除磷后,水中磷主要以悬浮颗粒状态存在,还包括少量溶解性磷酸根离子,浓度低于0.1mg/L,投加絮凝剂后,溶解性磷酸根离子与金属离子的反应是非常迅速的,在几秒或几分钟内,就达到平衡。溶解性磷酸根离子能够被降低到非常低的水平。污水生物除磷后,总磷浓度约为1mg/L,实际加药量约为50-100mg/L,主要用于絮凝沉淀。由于形成大晶体颗粒的时间是一个相当缓慢的过程,水中会存在一些没有聚积的直径仅1um的颗粒,因此,投加的药剂的主要作用还包括促进微粒的凝聚

11、沉淀。没有凝聚的较小颗粒粒子主要通过过滤法除去。将悬浮颗粒浓度降低到1mg/L以下,就能很好地保证出水总磷浓度低于0.05mg/L。生物除磷通常与化学除磷及过滤技术结合起来。其中生物除磷和化学除磷结合起来,可分为前置化学除磷,后置化学除磷及同步化学除磷。生物除磷与过滤技术结合起来,形成膜生物反应器工艺。表2 美国部分污水处理厂低浓度磷处理工艺 4.除磷处理成本比较根据Jiang等对美国污水处理成本的研究结果16,我们这里主要比较生物脱氮除磷AAO工艺与AAO+絮凝沉淀过滤工艺的投资和运行成本。从Jiang的研究结果可以看出,两种工艺的投资相差较小,不超过15%,运行成本相差较大,约为50%,其

12、差别主要是污泥处理费用,但该计算中将AAO+絮凝沉淀工艺中生物污泥与化学污泥混合后处理,大大增加了生物污泥处理费用,如果分别计算它们的费用,其中生物污泥费用与AAO工艺相同,则两种工艺运行成本相差约20%。表3 污水处理100mgd (378500m3/d投资和年运行成本(单位百万美元/年 5.小结从美国环保局调研结果来看15,目前在美国运行的能够除去低浓度磷的污水处理厂,主要采用生物脱氮除磷+絮凝沉淀+沙滤。其中生物脱氮除磷和絮凝沉淀技术在国内外已运行很多年;沙滤技术是一项非常成熟的给水技术,国内在污水处理回用方面也有丰富的建设、运行和管理经验。该技术的建设成本和处理成本与生物脱氮除磷技术相

13、比,仅增加15%-20%左右。因此,在国内建设和运行能够将污水中降低到0.01-0.05mg/L以下的生物脱氮除磷+絮凝沉淀+沙滤工艺,在技术和经济上应是可行的。此外,该技术在脱氮方面效果也非常好17。我国很多城市湖泊富营养化严重,严重影响城市的水资源供应和自来水生产。采用生物脱氮除磷+絮凝沉淀+沙滤工艺,除去低浓度磷,对于湖泊水华控制,保护水资源等,是非常有效的,应尽早实行。参考文献1 Laws, E.A., Aquatic pollution: an introductory text -3rd ed., John Wiley & Sons,Inc., (2000.2 金相灿编,

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